低濃度乙醇消毒技術在設施土壤消毒領域的發展動態和展望

李國銘，周清

（中國農業大學農業部設施農業生物環境工程重點開放實驗室，北京，100083）

近10a來，隨著我國農業生產和農村經濟的迅速發展，保護地栽培作為一項現代農業生產措施得到了極大推廣。全國設施栽培面積已達350萬hm2，其中設施蔬菜栽培面積約為335萬hm2[1]。隨著設施栽培面積的擴大和連作重茬，土傳病害的發生也呈逐年加重趨勢，通常栽種3～5a后，一般設施作物的產量和品質都會受到嚴重的影響，一般減產20%～40%，嚴重的將減產60%以上，甚至絕收[2]。

土壤消毒是解決土傳病害的常見方法。通常采用的土壤消毒劑是化學消毒劑，優點是高效，但殘留嚴重，用藥量逐年增加，嚴重的還會造成設施蔬菜的食品安全問題，近年來有關設施土壤消毒造成的食品安全問題時有報道。雖然利用化學法對土壤首次消毒時效果最佳，但是消毒過后大量消毒劑殘留在土壤當中，使土壤中的病蟲害產生了抗藥性，當有了抗藥性的病蟲害再次為害設施作物時，就需要施用更大劑量的藥劑來防治，如此惡性循環，作物的化學藥劑殘留就會大大增加，同時這種化學藥劑殘留還會污染地下水質、為害空氣質量[3]，而這些都已經成為制約設施栽培產量和設施農產品安全的突出問題。

低濃度乙醇消毒技術是現代土壤消毒技術中比較重要的一項技術，相比于其他物理和化學消毒技術，這種技術具有成本低、低殘留、節能高效、無污染等優點，非常適于大面積推廣應用。本文在比較了化學和物理常見消毒方法的基礎上，對低濃度乙醇消毒技術的發展優勢及意義、發展動態及存在的問題和應用前景進行了簡要闡述。

1 低濃度乙醇消毒技術的發展優勢及意義

由于土傳病害的日趨嚴重，加之土傳病害類型不一，人們對不同類型的土傳病害的防治方法有不同的需求，這對土壤消毒領域提出了嚴峻的考驗。隨著人們對土傳病害類型研究的不斷深入和科技的不斷進步，國內外土壤消毒方法也因此能夠不斷進步和發展，呈現多樣化。目前比較常見的土壤消毒技術主要分為三類，即物理消毒技術、化學消毒技術和生物消毒技術，各類消毒技術都分別有不同的優缺點。

1.1 各類消毒方法優缺點比較

化學消毒技術是一種通過往土壤內添加化學藥劑從而達到消毒效果的技術，化學藥劑主要有溴甲烷、碘甲烷、氯化苦、1，3-二氯丙烯等；物理消毒技術是一種通過對土壤加溫灼燒從而達到消毒效果的技術，主要方法有蒸汽消毒、熱水消毒、太陽能消毒等；生物消毒技術是一種利用土壤中微生物發生化學反應過程產生的揮發性氣體或者有機酸達到消毒效果的技術，主要有生物熏蒸消毒、低濃度乙醇消毒方法[4]。

本文對各類消毒技術的優缺點做了比較和分析，具體如表1所示。由表1可知，雖然化學消毒方法對土壤具有較為高效、徹底的消毒效果，但是存在嚴重的殘留，造成食品安全問題，而且化學藥劑也可能會滲入地下水層，污染地下水源，同時還會揮發至空氣中構成公共衛生威脅，因此其應用受到限制。物理消毒方法在實際生產應用中存在諸多限制，需要昂貴的設備并消耗大量能源，而且土壤中有益微生物也可能伴隨著消毒過程被消滅，因此不能夠適用于大田或者大面積的植物土壤消毒，只適用于一些經濟價值非常高的作物。雖然生物消毒方法目前尚處于研究階段，但是潛力巨大，這種方法對環境的副作用不大，保留土壤中有益的微生物，而且節能高效，是未來土壤消毒的方向，具有十分廣闊的市場前景。

1.2 發展低濃度乙醇消毒技術的意義

目前，我國正處在由傳統農業向現代農業轉型的階段，急需改變傳統農業嚴重依賴化學藥劑的現狀，構建合理的農業產業鏈，生產優質、安全、無公害的農產品。低濃度乙醇消毒技術是一種能夠促使傳統土壤消毒逐步擺脫對化學品的依賴，最終獲取高產、優質、無毒農產品的生物消毒技術。它要求技術、設備、土壤三者高度關聯，并能以土傳病害因子為控制對象，最大限度地提高產量和杜絕有害化學品為害。推廣低濃度乙醇消毒技術，對促進農業增效、農民增收以及改善農業生態環境具有十分重要的現實意義[5]。

2 低濃度乙醇消毒技術研究動態及其存在的問題

低濃度乙醇消毒技術是現代土壤消毒技術中比較重要的一項技術，其造價低廉、使用方便、效果顯著，同時對環境無副作用。國內外研究證明，用低濃度乙醇溶液處理土壤，對土壤中常見土傳病害均有良好的殺滅作用[6，7]。

2.1 低濃度乙醇消毒技術研究動態

早在1999年，Shinmura等[8]在日本通過往病土內添加麥麩、米糠和糖漿，加上地膜覆蓋，發現土壤中有害真菌受到抑制。2000年，Blok等[9]在荷蘭通過往病土內添加花椰菜和多年生黑麥草汁，加上地膜覆蓋，同樣得到類似結論。由此低濃度乙醇土壤消毒技術被提出。

2005年，Uematsu等[10]在試驗中利用不同濃度的乙醇溶液處理病土，同時檢測土壤中金屬離子價態和數量的變化，試驗發現，采用濃度為1.0%的乙醇溶液進行土壤消毒，對人為添加非致病性尖孢鐮刀菌和原生尖孢鐮刀菌都具有強烈的抑制作用，這進一步驗證低濃度乙醇消毒方法的有效性。在處理過程中乙酸發生累積，在還原性土壤環境中能夠形成Fe2+和Mn2+等金屬離子，使得病原菌在Fe2+和Mn2+溶液環境中被有效的抑制。因此，Fe2+和Mn2+等金屬離子可能是生物土壤除害處理中誘導抑制腐病菌的試劑。

表1 各類土壤消毒技術的優缺點

2006年，日本千葉大學教授Momma等[11]利用麥麩（發酵后含酒精成分）做土壤消毒試驗，同時觀察土壤中氧化性強的金屬離子和有機酸的變化，發現有機酸在還原性土壤中能起到消滅菌蟲的作用。

2007年，日本園藝生產和研究院的Kobara等[12，13]使用乙醇來處理土壤，觀察到通過這種方法可以殺滅根結線蟲、尖孢鐮刀菌，解決黑星病以及青枯病。

2010年，日本園藝生產和研究院的Momma等[14]采用聚合酶鏈反應-變性梯度凝膠電泳（PCRDGGE）分析認為，BSD處理的土壤會增加潛在有機酸制造者的相對豐度，驗證了在低濃度乙醇消毒過程中有機酸具有抑制微生物的作用。

2010年，江蘇淮陰工學院園藝與景觀系的陳伯清等[15]通過黃瓜與草菇輪作及酒精溶液處理土壤，發現黃瓜草菇輪作能有效地遏制根結線蟲數量的快速上升，并明顯降低微生物生物量碳的含量，試驗驗證了土壤微生物生物量碳含量是評價土壤肥力和生態環境質量的重要指標，同時，也探究出了以2%酒精溶液抑制根結線蟲效果最佳，為后續土壤消毒研究提供了理論和數據基礎。

2011年，江蘇淮陰工學院園藝與景觀系的陳伯清等[7]在將乙醇溶液體積分數設置為不同濃度后撒到黃瓜病土中，并加上地膜覆蓋，然后在不同天數取樣觀察，結果顯示，在處理后15 d，2.5%乙醇溶液降低土壤根結線蟲數量效果最佳，2.0%乙醇溶液對微生物量碳變化的影響最小。這個試驗說明了地膜覆蓋對乙醇溶液防治根結線蟲有增強作用，并能增加微生物量碳。

近年來，此技術越來越受到人們關注，對更好地開發利用此技術具有較大的現實意義。

2.2 低濃度乙醇消毒技術目前存在的問題

從上面關于乙醇消毒技術的研究動態可以看出，關于低濃度乙醇消毒機理存在著兩種主流看法，一種是Shinmura[8]的有機酸理論，這種理論被Momma等[11，16]證明和論證。另外一種看法是Kobara等[12]及Momma等[14]的還原態金屬離子理論，但是這種理論現今還沒能夠被很好地證實。

盡管現今有很多關于低濃度乙醇消毒技術方面的研究，但是這種消毒技術體系還是存在著很多問題，主要集中在以下方面。在技術研究上，基礎研究薄弱。有些技術的應用還未從理論上得到嚴格論證，有待科學技術研究的進一步突破，同時，技術研究缺乏針對性，體系化程度弱，例如，對該消毒方式處理不同土壤時具體工藝參數、作用機理的研究較少，以及對處理后所種作物生長的影響研究也較少。在裝備研發上，生產企業規模小、科研能力弱、產品質量不穩定等問題普遍存在。在技術推廣上，還處在試驗示范階段，缺乏系統的應用及評估體系。低濃度乙醇消毒技術的發展時間不長，各方面對其應用效果的認識程度不同，有待農業工作者進一步完善和積極示范推廣。

3 總結和展望

隨著蔬菜設施栽培面積不斷擴大，蔬菜設施栽培受高溫、高濕、封閉和連茬種植等因素影響，根結線蟲病等土傳病害呈逐年加重趨勢，可造成減產20%～30%，重者達50%以上，甚至絕收。同時，根結線蟲等為害又加重了枯萎病、根腐病等土傳性真菌病害和部分細菌性病害的發生，增加和擴大了病害的發生，已成為當前蔬菜生產的一大障礙。防治土傳病害的技術也體現了溫室生產管理的最高水平。化學消毒技術雖然能很好地解決土傳病害的問題，但是化學消毒劑高殘留會對土壤和水資源造成污染，引起食品安全和環境污染雙重問題。

生產上對無殘留、低毒害的高效安全土壤消毒技術的要求十分迫切，對此類技術的研究越來越受到人們的重視。作為現代消毒技術領域中的一項重要技術，低濃度乙醇消毒技術可改變傳統農業對化肥和農藥的過度依賴，能在保護環境的前提下，達到土壤高效消毒的效果，從而實現作物、蔬菜、畜禽的穩產和增產，是發展綠色農業和無公害農業的有力保障。同時，低濃度乙醇消毒技術可促進農業可持續發展及降低農業耗能。低濃度乙醇消毒技術是一項新興技術，其相關科學機理研究尚未深入，物理作用機制尚不十分清楚。但從目前已知的試驗結果來看，這是一項具有重大社會、經濟和生態價值的新技術，具有很好的發展潛力和市場前景。

[1]設施園藝發展對策研究課題組.我國設施園藝產業發展對策研究[J].長江蔬菜，2010（4）：70-74.

[2]曹坳程，郭美霞，王秋霞，等.世界土壤消毒技術進展[J].中國蔬菜，2010（21）：17-22.

[3]張巨勇.化學農藥的危害及我國應采取的對策[J].云南環境科學，2004，23（2）：23-26.

[4]曹坳程，郭美霞，王秋霞，等.土壤消毒技術[J].世界農藥，2010，32（S1）：10-13.

[5]劉忠澤.助長技術在設施蔬菜領域的應用[J].農業科技與設備，2013（3）：67-69.

[6]Gamlie A,Austerweil M,Kritzman G.Non-chemical approach to soilborne pest management-organic amendments[J].Science Direct,2000(19):847-853.

[7]陳伯清，高軍，孔令斌，等.乙醇處理及地膜覆蓋對土壤根結線蟲及微生物量碳的影響 [J].安徽農業科學，2011，39（12）：7049-7050，7065.

[8]Shinmura A.Causal agent and control of root rot of Welsh onion[J].PSJ Soilborn Dis Work Rep,2000,20:133-143.

[9]Blok W J,Lamers J G,Termorshuizen A J,et al.Control of soilborne plant pathogens by incorporating fresh organic amendments followed by tarping[J].Phytopathology,2000,90(3):253-259.

[10]Uematsu S,Tanaka-Miwa C,Sato R,et al.Ethyl alcohol as a promising material of reductive soil disinfestation for controlling rootknotnematode and soilborne plant diseases [C].Proceedings of 2007 Annual Research Conference on Methyl Bromide Alternatives and Emissions Reduction,2007:75.

[11]Momma N,Yamamoto K,Simandi P,et al.Role of organic acids in the mechanisms of biological soil disinfestation(BSD)[J].Journal of General Plant Pathology,2006,72(4):247-252.

[12]Kobara Y,Uematsu S,Tanaka-Miwa C,et al.Possibility of the new soil fumigation technique with ethanol solution.[C].Proceedings of 2007 Annual Research Conference on Methyl Bromide Alternatives and Emissions Reduction,2007b:74.

[13]Kobara Y,Sato M,Sakamoto K,et al.Methods for reductive disinfection of soil,reductive disinfectants for soil,methods for wetting disinfection of soil,wetting disinfectants for soil,and systems for drenching soil with disinfectants[P].Japan:PCT Patent WO/2007/129467,2007.

[14]MommaN,MommaM,KobaraY.Biologicalsoil disinfestation using ethanol: effect on Fusarium oxysporumf.sp.lycopersiciand soil microorganisms[J].Journal of General Plant Pathology,2010,76(5):336-344.

[15]陳伯清，潘國慶，孔令斌，等.黃瓜草菇輪作及酒精處理防治根結線蟲的效果[J].中國蔬菜，2010（24）：36-39.

[16]Momma N,Usami T,Amemiya Y.Factors involved in the suppression of Fusarium oxysporumf.sp.lycopersiciby soil reduction[J].Food and Agriculture Organization of the United Nation,2005(59):27-33.